一种新的基体破坏判据用于桥联模型预报层合板双轴强度

摘要

仅仅根据纤维和基体的性能参数预报复合材料的极限强度,依然是固体力学面临的一大挑战。桥联模型理论可以精确计算复合材料中纤维和基体的内应力,将有可能使得这一目标成为现实。然而,任何理论分析都必须输入原始数据,桥联模型也不例外。大量的实验结果已经证实,复合材料的横向拉伸强度甚至比纯基体的拉伸强度还要低,我们还发现,复合材料沿轴向加载时,基体的拉伸或者压缩强度并没有降低。虽然业内早已形成一种共识,即复合材料中基体材料的性能参数与纯基体材料的性能参数不一样,但究竟如何确定复合材料中基体的性能参数却很少有人问津。本文基于弹性力学精确解,首先分析无限大基体夹圆形纤维在横向受载下基体中的应力集中,再根据桥联理论的内应力求解公式,确定出添加纤维后的基体在横向载荷下的应力集中因子K ,据此折减纯基体的拉伸强度后,定义为复合材料中基体的横向拉伸强度,基体的轴向拉伸强度则取为纯基体的拉伸强度。于是,添加纤维后的基体变成为一种横观各向同性材料,应用Tsai-Wu判据控制基体的破坏。这样,基于桥联模型预报层合板的破坏和强度,就仅仅只需要纯基体和纤维的性能参数作为输入数据,不再需要单层板的实验结果。应用于第一届破坏分析奥运会(WWFE-I)的全部考题计算,综合得分高达88%,比赛会的第一名成绩还高出了11.2%。